脆性各向异性岩石破坏过程数值模拟

在改进刚体弹簧方法的基础上,采用Hoek-Brown准则判断界面破坏,提出各向异性Voronoi网格的生成方法,并引入界面细观参数各向异性的赋值函数,最终建立了脆性各向异性岩石损伤破坏过程的数值模拟方法。利用该方法对文献中的试验结果进行了模拟。计算表明,该方法不仅能成功模拟岩石抗压强度随软弱面倾角变化的"U"形规律,定量上与试验结果吻合良好,而且能同时定量模拟岩石变形特性即弹性模量和泊松比的各向异性特征。

基于复杂随机裂隙网络的隧洞围岩稳定性分析

为研究改进刚体弹簧法在复杂裂隙围岩分析中的适用性,以某隧道工程为例,开展了算例验证分析。首先根据实测裂隙地质资料,采用Monte-Carlo方法生成随机裂隙网络,并通过块体搜索方法获取岩石块体信息;然后利用改进刚体弹簧方法计算围岩在开挖卸荷作用下的位移和破坏模式,并评价支护效果。计算表明,改进刚体弹簧法可以有效模拟裂隙不利组合引起的开挖边墙滑动失稳,并能准确把握边墙的渐进破坏特性,符合一般工程实践的规律。

基于改进刚体弹簧方法的岩石破坏过程三维模拟

基于刚体-弹簧方法,提出一种新的模拟脆性岩石破坏过程的三维离散数值模型。该模型采用分布在界面上的弹簧组,描述块体之间的相互作用,能够自然考虑裂纹的渐进扩展。为得到均质各向同性的计算网格,在“点饱和”方法的基础上,提出了增长式的“核”布置策略,建立一种新的随机Voronoi网格剖分技术,并给出三维改进刚体–弹簧方法的基本方程。考虑界面的剪切滑移和张拉2种破坏模式,建立基于Mohr-Coulomb准则和抗拉强度准则的破坏准则,并提供模型细观参数的标定流程。最后,通过与室内三轴试验结果对比,验证了该模型的有效性。此外,还讨论了不同弹簧布置形式及块体尺寸对模拟结果的影响。结果表明,所提模型能够准确描述岩石与围压相关的非线性应力–应变响应过程,微裂纹的产生、扩展和贯通全过程,以及岩石的在不同围压条件下的宏观破坏模式。

基于改进刚体弹簧方法的二维水压致裂模型

以改进刚体弹簧方法为基础,结合等效离散裂隙网络模型,提出二维岩石水压致裂模拟方法。水压和力学响应的相互作用通过Biot理论描述。同时,推导了弹性条件下厚壁圆筒水力耦合解析公式,通过与数值解的对比,验证了数值模型的准确性。将该数值模型用于平面应力条件下厚壁圆筒的水压致裂过程分析,重点探讨了Biot系数对水压致裂过程的影响。研究表明,Biot系数作为反映水力耦合效应的重要参数,对水压致裂过程中的位移和破坏强度有显著影响。